[发明专利]一种磁场辅助电化学增材制造微细零件装置与方法

说明书

本发明公开了一种磁场辅助电化学增材制造微细零件装置与方法，包括机架、精密电控移动平台模块、增压模块、机械手模块、打印头模块、恒温模块、磁场生成模块、隔振模块、电解液循环模块、控制模块。利用电化学沉积与增材制造技术相结合，并在磁场耦合作用下成型三维微零件，打印头接受增材制造CAD模型处理的信息，通过CNC控制保持打印头的四维运动，使阳极与阴极极间距保持100微米以下，磁场生成模块产生的磁场作用于极间距，电解液循环模块保证成型材料的供给，从而形成磁场、电场、流场耦合作用下的电化学增材制造，实现微米级零件成型。通过调整脉冲频率、占空比、磁场强度、极间距、极间电压、制造出定域性强、成型组织均匀性较好的微型零件。

技术领域

本发明属于微细零件装置技术领域，特别涉及一种磁场辅助电化学增材制造微细零件装置与方法。

背景技术

近年来，随着产品微型化的到来，微纳尺度三维器件，在诸多领域有着巨大的产业需求。

增材制造技术(additive manufacturing，AM)是一种采用材料逐渐累加堆积成具有一定结构和功能的实体零件或原型的先进制造技术，是当前材料制备科学和先进制造技术学科领域的国际前沿研究和竞争热点之一。电化学增材制造(ECAM)也叫电化学3D打印，是一种相对较新的增材制造形式，结合电沉积技术和增材制造技术，通过还原溶液中的金属离子，将薄且高度粘附的金属层沉积到导电基材表面。

如今三维金属微结构的增材制造技术，以激光、电子束为热源的激光烧结技术和电子束熔化成形技术为典型代表，但存在高热残余应力和应变、氧化相变偏析，影响成形件的力学性能与尺寸精度，金属零件内部存在气孔、裂纹、夹杂、未熔合等缺陷，使其有一定的局限性。电化学增材制造技术，由于沉积过程中材料的转移以离子尺度进行，可达到微纳加工精度，且沉积层内应力小、无热变形、无裂纹等特点，使得这种加工方式在微细制造领域、甚至纳米制造领域都有着很大的发展潜能，从而实现高精度、高性能、复杂三维金属微结构的加工目标。

目前可以实现电化学增材制造技术有掩膜电沉积、月牙形电解液约束三维成形、局部电化学沉积(Localized Electrochemical Deposition，LECD)、激光诱导还原技术、聚焦电子/离子束诱导沉积技术(FEBID和FIBID)、EFAB技术(ElectrochemicalFABrication)、喷射电沉积技术、电化学打印技术、电化学扫描探针显微镜(electrochemical scanning probe microscopy,EC-SPM)等主要技术。虽然电化学增材制造在微加工领域应用广泛，各种电化学沉积技术应用而生，然而部分电化学技术因其自身条件的限制，不能适用于增材制造，例如电化学打印，更趋向于印刷和涂层，个别电化学增材制造技术实施条件要求苛刻,且加工速度极慢，而且要求精度极高，例如电化学扫描探针显微镜技术、只能成型特定器件。而且目前成型件存在表面质量欠佳，晶粒结晶不稳定，定域性差等问题。

因此亟需一种可以利用电化学增材制造技术无热应力优点来成型微制造零件的特种加工设备与方法。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种磁场辅助电化学增材制造微细零件装置与方法，在磁场、电场、流场耦合作用下的电化学增材制造，实现微米级零件成型技术。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：